الانفجار الكمي عن طريق هوبكنسون البارات الضغط
Summary
This protocol details the use of Hopkinson pressure bars to measure reflected blast loading from near-field explosive events. It is capable of interpolating a pressure-time history at any point on a reflective boundary and as such can be used to fully characterize the spatial and temporal variations in loading produced.
Abstract
بالقرب من ميدان يعرض قياس حمولة انفجار قضية لكثير من أنواع أجهزة الاستشعار لأنها يجب أن تحمل بيئات عدوانية جدا وتكون قادرة على قياس ضغوط تصل إلى عدة مئات من megapascals. وفي هذا الصدد بساطة شريط الضغط هوبكنسون لديه ميزة كبيرة في أنه في حين أن نهاية القياس شريط هوبكنسون يمكن أن يدوم ويكون عرضة لظروف قاسية، شنت قياس الضغط إلى شريط ويمكن اضافته على مسافة بعيدة. وهذا يسمح العلب وقائية ليتم الاستفادة التي تحمي قياس الضغط ولكن لا تتداخل مع اكتساب القياس. استخدام مجموعة واسعة من الحانات ضغط يسمح تاريخها لمرة والضغط على نقاط المعروفة منفصلة إلى أن تقاس. توضح هذه المقالة أيضا الروتين الاستيفاء المستخدمة لاستخلاص تاريخها لمرة وضغط في مواقع-المجهزة للامم المتحدة على متن الطائرة من الفائدة. حاليا وقد استخدمت هذه التقنية لقياس التحميل من مواد شديدة الانفجار في الهواء الحر ودفن بسطحية في مختلف أنواع التربة.
Introduction
تميز انتاج عبوات ناسفة له فوائد عديدة، سواء العسكرية (الدفاع ضد دفن عبوات ناسفة في مناطق الصراع الحالية) ومدني (تصميم المكونات الهيكلية). في الآونة الأخيرة قد تلقى هذا الموضوع اهتماما كبيرا. وتهدف الكثير من المعرفة التي تم جمعها في تقدير حجم الانتاج من الرسوم لتمكين تصميم هياكل الحماية أكثر فعالية. القضية الرئيسية هنا هي أنه إذا القياسات التي أجريت ليست ذات الدقة العالية ثم آليات نقل حمولة في هذه الأحداث المتفجرة لا تزال غير واضحة. وهذا بدوره يؤدي إلى مشاكل التحقق من صحة النماذج العددية التي تعتمد على هذه القياسات للمصادقة.
يستخدم مصطلح قرب الميدان لوصف التفجيرات مع مسافات تحجيمها، Z، أقل من ~ 1 م / كغ 1/3، حيث Z = R / W 1/3، R هي المسافة من مركز الانفجار، وW هو المسؤول أعربت كتلةباعتبارها يعادل كتلة من مادة تي ان تي. في هذا النظام عادة يتميز التحميل من قبل حجم مرتفع للغاية، المكاني للغاية وزمانيا الأحمال غير موحدة. وبالتالي مطلوب أجهزة قوية لقياس الضغوط الشديدة المرتبطة تحميل قرب الميدان. على مسافات تحجيم Z <0.4 م / كغ 1/3، القياسات المباشرة من المعلمات الانفجار إما غير موجودة أو قليلة جدا 1، ويستند البيانات التنبؤية شبه تجريبية لهذا النطاق بشكل كامل تقريبا على دراسات حدودي. هذا ينطوي على استخدام التنبؤات شبه التجريبية التي قدمها Kingery وBulmash 2، والتي هي خارج نطاق البلاغ المقصود. بينما أدوات بناء على هذه التوقعات 3،4 تسمح للتقديرات من الدرجة الأولى الممتازة للتحميل فهي لا تلتقط تماما اليات الأحداث قرب الميدان، والتي هي محور البحث الحالي.
بالقرب من ميدان قياسات الانفجار لها في الآونة الأخيرة تركز على قياس OUTPحزب التحرير من رسوم دفن. تختلف المنهجيات المستخدمة من تقييم تشوه تسبب في هدف الهيكلي 07/05 لتوجيه قياس الدافع العالمي 8-13. وتوفر هذه الأساليب معلومات قيمة للتحقق من صحة التصاميم نظام الحماية ولكنها ليست قادرة على إجراء تحقيق كامل واليات نقل الحمولة. ويمكن أن يتم الاختبار في كل المقاييس مختبر (1/10 شاملة)، أو على قرب واسعة النطاق (> 1/4)، مع أسباب براغماتية مثل التحكم في عمق الدفن أو ضمان عدم الشكل الأصيل للجبهة صدمة تم إنشاؤه بواسطة استخدام صواعق بدلا من الاتهامات العارية 14. مع رسوم دفن هناك حاجة إلى رقابة شديدة لضمان تكرار الاختبار 15 ظروف التربة.
مستقلة عن ما إذا كان يتم وضع هذه التهمة في الهواء الحر أو دفن، فإن القضية الأساسية في قياس الانفجار الناتج هو ضمان صحة القياسات التي أجريت من قبل deplo الأجهزةYED. في جهاز اختبار تصميم 16 يتم استخدام لوحة ثابتة 'جامدة' الهدف لحماية القضبان ضغط هوبكنسون 17 (HPBs)، وفي الوقت نفسه ضمان أن الغاية من القضبان يمكن تسجيل فقط الضغوط تنعكس بشكل كامل. وقد أظهرت المؤلفين في وقت سابق ان قياس الضغط المنعكسة من الهدف جامدة أكثر دقة وتكرار من الحادث، أو قياسات "الميدان الحر" 18-20. هندسة هذا الطبق هو من هذا القبيل أن أي تخفيف الضغط الناتجة عن إزالة أو تدفق نحو حافة الهدف 21 ستكون ضئيلة. وقد تم بناء هذا الجهاز اختبار جديد في 1/4 الحجم. في هذه رقابة مشددة على نطاق وحول شروط الدفن والمتفجرات يمكن أن يكون مضمونا، مع الحجم الكامل تهمة حجم 5 كجم تقليصها إلى 78 غ، على عمق دفن 25 مم.
Protocol
Representative Results
Discussion
باستخدام بروتوكول المذكورة أعلاه المؤلفين أظهرت أنه من الممكن الحصول على قياسات عالية الدقة للتحميل متفاوتة للغاية من عبوة ناسفة، وذلك باستخدام مجموعة واسعة من الحانات الضغط هوبكنسون. باستخدام روتين الاستيفاء أوجز تاريخها لمرة والضغط المنفصلة يمكن أن تتحول إلى جب…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
The authors wish to thank the Defence Science and Technology Laboratory for funding the published work.
Materials
| Load Cell | RDP | RSL0960 | This is only indicative, the exact load cell should be able to resolve the required loading |
| Steel target plate / HPBs | Garratts | N/A | Fabricated to order |
| Strain gauge | Kyowa | KSP-2-120-E4 | To use with steel HPBs |
| Cyanoacrylate | Kyowa | CC-33-A | Check with manufacturer depending on mar material to be used |
| Digital Oscilloscope | TiePie | HS4 16-bit Handyscopes | 6 used in parallel in current testing |
| Leighton Buzzard sand | Garside sands | Garside 14/25 | Uniform silica sand |
References
- Esparza, E. Blast measurements and equivalency for spherical charges at small scaled distances. Int. J. Impact Eng. 4 (1), 23-40 (1986).
- Kingery, C. N., Bulmash, G. ARBRL-TR-02555. Airblast parameters from TNT spherical air burst and hemispherical surface burst. , (1984).
- Hyde, D. W. . Conventional weapons program (ConWep). , (1991).
- Randers-Pehrson, G., Bannister, K. A. ARL-TR-1310. Airblast loading model for DYNA2D and DYNA3D. , (1997).
- Neuberger, A., Peles, S., Rittel, D. Scaling the response of circular plates subjected to large and close-range spherical explosions. Part II: Buried charges. Int. J. Impact Eng. 34 (5), 874-882 (2007).
- Xu, S., et al. An inverse approach for pressure load identification. Int. J. Impact Eng. 37 (7), 865-877 (2010).
- Pickering, E. G., Chung Kim Yuen, S., Nurick, G. N., Haw, P. The response of quadrangular plates to buried charges. Int. J. Impact Eng. 49, 103-114 (2012).
- Bergeron, D. M., Trembley, J. E. Canadian research to characterize mine blast output. , (2000).
- Hlady, S. L. Effect of soil parameters on landmine blast. , (2004).
- Fourney, W. L., Leiste, U., Bonenberger, R., Goodings, D. J. Mechanism of loading on plates due to explosive detonation. Int. J. on Blasting and Fragmentation. 9 (4), 205-217 (2005).
- Anderson, C. E., Behner, T., Weiss, C. E. Mine blast loading experiments. Int. J. Impact Eng. 38 (8-9), 697-706 (2011).
- Fox, D. M., et al. The response of small scale rigid targets to shallow buried explosive detonations. Int. J. Impact Eng. 38 (11), 882-891 (2011).
- Ehrgott, J. Q., Rhett, R. G., Akers, S. A., Rickman, D. D. Design and fabrication of an impulse measurement device to quantify the blast environment from a near-surface detonation in soil. Experimental Techniques. 35 (3), 51-62 (2011).
- Pope, D. J., Tyas, A. Use of hydrocode modelling techniques to predict loading parameters from free air hemispherical explosive charges. , (2002).
- Clarke, S. D., et al. Repeatability of buried charge testing. , (2014).
- Clarke, S. D., et al. A large scale experimental approach to the measurement of spatially and temporally localised loading from the detonation of shallow-buried explosives. Meas Sci Technol. 26, 015001 (2015).
- Hopkinson, B. A Method of Measuring the Pressure Produced in the Detonation of High Explosives or by the Impact of Bullets. Philos. Trans. R. Soc. (London) A. 213, 437-456 (1914).
- Rigby, S. E., Tyas, A., Fay, S. D., Clarke, S. D., Warren, J. A. Validation of semi-empirical blast pressure predictions for far field explosions – is there inherent variability in blast wave parameters?. , (2014).
- Rigby, S. E., Tyas, A., Bennett, T., Clarke, S. D., Fay, S. D. The negative phase of the blast load. Int. J. of Protective Structures. 5 (1), 1-20 (2014).
- Rigby, S. E., Fay, S. D., Tyas, A., Warren, J. A., Clarke, S. D. Angle of incidence effects on far-field positive and negative phase blast parameters. Int. J. of Protective Structures. 6 (1), 23-42 (2015).
- Tyas, A., Warren, J., Bennett, T., Fay, S. Prediction of clearing effects in far-field blast loading of finite targets. Shock Waves. 21 (2), 111-119 (2011).
- Tyas, A., Watson, A. J. A study of the effect of spatial variation of load in the pressure bar. Meas Sci Technol. 11 (11), 1539-1551 (2000).
- Tyas, A., Watson, A. J. An investigation of frequency domain dispersion correction of pressure bar signals. Int. J. Impact Eng. 25 (1), 87-101 (2001).
- NATO Standardisation Agency. Procedures for evaluating the protection level of logistic and light armoured vehicles. Allied Engineering Publication (AEP) 55. 2, (2011).
- Elgy, I. D., et al. . UK ministry of defence technical authority instructions for testing the protection level of vehicles against buried blast mines. , (2014).
- Clarke, S. D., et al. Finite element simulation of plates under non-uniform blast loads using a point-load method: Buried explosives. , (2015).
- Rigby, S. E., et al. Finite element simulation of plates under non-uniform blast loads using a point-load method: Blast wave clearing. , (2015).
- Hallquist, J. O. . LS-DYNA theory manual. , (2006).
- Fay, S. D., et al. Capturing the spatial and temporal variations in impulse from shallow buried charges. , (2013).
- Fay, S. D., et al. Measuring the spatial and temporal pressure variation from buried charges. , (2014).
